Разработка методического сайта для подготовки школьников к написанию научных проектов

На этапе создания концептуальной модели для описания бизнес-деятельности используются модели бизнес-прецедентов и диаграммы видов деятельности, для описания бизнес-объектов – модели бизнес-объектов и диаграммы последовательностей.

На этапе создания логической модели сайта описание требований к системе задается в виде модели и описания системных прецедентов, а предварительное проектирование осуществляется с использованием диаграмм классов, диаграмм последовательностей и диаграмм состояний.

На этапе создания физической модели детальное проектирование выполняется с использованием диаграмм классов, диаграмм компонентов, диаграмм развертывания.

Ниже приводятся определения  и описывается назначение перечисленных  диаграмм и моделей применительно  к задачам проектирования ИС (в  скобках приведены альтернативные названия диаграмм, использующиеся в современной литературе) [17, 18].

Диаграммы видов деятельности (диаграммы деятельностей, activity diagrams) – модель бизнес-процесса или поведения  системы в рамках прецедента.

Диаграммы взаимодействия (interaction diagrams) – модель процесса обмена сообщениями между объектами, представляется в виде диаграмм последовательностей (sequence diagrams) или кооперативных диаграмм (collaboration diagrams).

Диаграммы состояний (statechart diagrams) – модель динамического поведения  системы и ее компонентов при переходе из одного состояния в другое.

Диаграммы классов (class diagrams) – логическая модель базовой структуры  системы, отражает статическую структуру  системы и связи между ее элементами.

Диаграммы базы данных (database diagrams) —  модель структуры базы данных, отображает таблицы, столбцы, ограничения и  т.п.

Диаграммы компонентов (component diagrams) –  модель иерархии подсистем, отражает физическое размещение баз данных, приложений и интерфейсов ИС.

Диаграммы развертывания (диаграммы  размещения, deployment diagrams) – модель физической архитектуры системы, отображает аппаратную конфигурацию ИС.

В соответствии с рисунком 1.2, показаны отношения между различными видами диаграмм UML. Указатели стрелок можно интерпретировать как отношение «является источником входных данных для...» (например, диаграмма прецедентов является источником данных для диаграмм видов деятельности и последовательности). Приведенная схема является наглядной иллюстрацией итеративного характера разработки моделей с использованием UML [19].

 
Рисунок 1.2 Взаимосвязи между диаграммами UML

Ниже приводятся описания последовательных этапов проектирования ИС с использованием UML.

Унифицированный язык моделирования (Unified Modeling Language, UML) – это графический язык для визуализации, специфицирования, конструирования и документирования систем, в которых главная роль принадлежит программному обеспечению. С помощью UML можно разработать детальный план создаваемой системы, содержащий не только ее концептуальные элементы, такие как системные функции и бизнес-процессы, но и конкретные особенности, например классы, написанные на каком-либо языке программирования, схемы баз данных и повторно используемые программные компоненты [20].

Диаграммы UML. Диаграмма – это графическое представление набора элементов, чаще всего изображенного в виде связного графа вершин (сущностей) и путей (связей). Диаграммы используются для визуализации системы с различных точек зрения, поэтому отдельная диаграмма - это проекция системы [21].

Для всех систем, кроме самых тривиальных, диаграмма представляет собой ограниченный взгляд на элементы, составляющие систему. Один и тот же элемент может появляться либо во всех диаграммах, либо в некоторых (наиболее частый случай), либо вообще ни в одной (очень редкий случай). Теоретически диаграмма может включать в себя любую комбинацию сущностей и связей. На практике, однако, используется лишь небольшое число общих комбинаций, состоящих из пяти наиболее часто применяемых представлений архитектуры программных систем. По этой причине UML включает следующие виды диаграмм:

• диаграмма классов – статическая структурная диаграмма, описывающая структуру системы, она демонстрирует классы системы, их атрибуты, методы и зависимости между классами;
• диаграмма компонентов – статическая структурная диаграмма, показывает разбиение программной системы на структурные компоненты и связи (зависимости) между компонентами. В качестве физических компонент могут выступать файлы, библиотеки, модули, исполняемые файлы, пакеты и т.п.;
• диаграмма развертывания – служит для моделирования работающих узлов (аппаратных средств) и артефактов, развернутых на них;
• диаграмма объектов – демонстрирует полный или частичный снимок моделируемой системы в заданный момент времени. На диаграмме объектов отображаются экземпляры классов (объекты) системы с указанием текущих значений их атрибутов и связей между объектами;
• диаграмма деятельности – диаграмма, на которой показано разложение некоторой деятельности на ее составные части. Диаграммы деятельности используются при моделировании бизнес-процессов, технологических процессов, последовательных и параллельных вычислений;
• диаграмма состояний – диаграмма, на которой представлен конечный автомат с простыми состояниями, переходами и композитными состояниями;
• диаграмма вариантов использования – диаграмма, на которой отражены отношения, существующие между актерами и вариантами использования;
• диаграмма последовательности – диаграмма, на которой изображено упорядоченное во времени взаимодействие объектов. В частности, на ней изображаются участвующие во взаимодействии объекты и последовательность сообщений, которыми они обмениваются;
• диаграмма сотрудничества – этот тип диаграмм позволяет описать взаимодействия объектов, абстрагируясь от последовательности передачи сообщений. На этом типе диаграмм в компактном виде отражаются все принимаемые и передаваемые сообщения конкретного объекта и типы этих сообщений [22, 23].

Язык UML представляет собой  общецелевой язык визуального моделирования, который разработан для спецификации, визуализации, проектирования и документирования компонентов программного обеспечения, бизнес-процессов и других систем. Язык UML является достаточно строгим и мощным средством моделирования, которое может быть эффективно использовано для построения концептуальных, логических и графических моделей сложных систем различного целевого назначения. Этот язык вобрал в себя наилучшие качества и опыт методов программной инженерии, которые с успехом использовались на протяжении последних лет при моделировании больших и сложных систем [24].

Преимущества UML:

• UML объектно-ориентирован, в результате чего методы описания результатов анализа и проектирования семантически близки к методам программирования на современных ОО-языках;
• UML позволяет описать систему практически со всех возможных точек зрения и разные аспекты поведения системы;
• диаграммы UML сравнительно просты для чтения после достаточно быстрого ознакомления с его синтаксисом;
• UML расширяет и позволяет вводить собственные текстовые и графические стереотипы, что способствует его применению не только в сфере программной инженерии;
• UML получил широкое распространение и динамично развивается [25].

1.7 Методология моделирования IDEFX

IDEF – методологии семейства  ICAM (Integrated Computer-Aided Manufacturing) для решения  задач моделирования сложных  систем, позволяет отображать и  анализировать модели деятельности  широкого спектра сложных систем в различных разрезах. При этом широта и глубина обследования процессов в системе определяется самим разработчиком, что позволяет не перегружать создаваемую модель излишними данными.

IDEF – методологии создавались  в рамках предложенной ВВС  США программы компьютеризации промышленности – ICAM (Integrated Computer-Aided Manufacturing), в ходе реализации которой выявилась потребность в разработке методов анализа процессов взаимодействия в производственных (промышленных) системах. Принципиальным требованием при разработке рассматриваемого семейства методологий была возможность эффективного обмена информацией между всеми специалистами – участниками программы ICAM (отсюда название: Icam Definition – IDEF другой вариант – Integrated Definition). После опубликования стандарта он был успешно применен в самых различных областях бизнеса, показав себя эффективным средством анализа, конструирования и отображения бизнес-процессов.

В настоящий момент к  семейству IDEF можно отнести следующие  стандарты:

• IDEF0 – Function Modeling – методология функционального моделирования. С помощью наглядного графического языка IDEF0 изучаемая система предстает перед разработчиками и аналитиками в виде набора взаимосвязанных функций (функциональных блоков – в терминах IDEF0). Как правило, моделирование средствами IDEF0 является первым этапом изучения любой системы. Методологию IDEF0 можно считать следующим этапом развития хорошо известного графического языка описания функциональных систем SADT (Structured Analysis and Design Technique);
• IDEF1 – Information Modeling – методология моделирования информационных потоков внутри системы, позволяющая отображать и анализировать их структуру и взаимосвязи;
• IDEF1X (IDEF1 Extended) – Data Modeling – методология построения реляционных структур (баз данных), относится к типу методологий «Сущность-взаимосвязь» (ER-Entity-Relationship) и, как правило, используется для моделирования реляционных баз данных, имеющих отношение к рассматриваемой системе;
• IDEF2 – Simulation Model Design – методология динамического моделирования развития систем. В <span class="dash041e_0431_044b_0447_043d_044b_04